一种实时视频白平衡处理系统

摘要

一种实时视频白平衡处理系统属于图像处理技术领域，其特征在于，设有：数据读取单元，从视频中读取待处理图像；判断单元，判断当前帧是否为关键帧；白色响应估计单元，估计关键帧中不同颜色分量的白色响应值，将不大于白色响应值的像素标记为有效像素；光照值估计单元，根据有效像素计算当前关键帧的光照值或采用白色响应值为光照值；光照值更新单元，计算当前帧及前K-1个关键帧的平均光照值对当前帧的光照值进行更新；校正单元，用对角变换，根据当前帧的光照值对得到的白平衡图像进行颜色校正。本发明将高光作为图像的重要特征，解决了高光造成的图像光照估计偏差较大的问题，以及采用滑动平均法，解决了视频画面闪烁、亮度跳跃的问题。

主权项

1.一种实时视频白平衡处理系统，其特征在于，是在一个数字集成电路芯片中实现的，设有：数据读取单元(U1)、判断单元(U2)、白色响应估计单元(U3)、光照估计单元(U4)、光照值更新单元(U5)、校正单元(U6)，其中：数据读取单元(U1)，从实时传输的视频中读取一帧作为待处理图像I(x)=(I_R(x)，I_G(x)，I_B(x))^T，由R、G、B三个颜色分量组成，所述待处理图像I(x)的高为N_h个像素，宽为N_w个像素，x表示二维空间的坐标，可用向量(m，n)表示，0≤m≤N_h-1，0≤n≤N^w-1，m、n、N_h、N_w均为非负整数，形成一个视频帧；判断单元(U2)，依次按以下步骤确定并处理所述视频帧：第一步，将视频序号为10的整数倍的视频帧定义为关键帧，第二步，判断并处理所述视频帧，若为关键帧，则输入到所述白色响应估计单元(U3)；若为非关键帧，则输入到所述校正单元(U6)；白色响应估计单元(U3)，估计所述关键帧中不同颜色分量中的白色物体对成像传感器激励的响应值，所述白色响应估计单元依次由直方图计算子单元(U31)、局部极大点查找子单元(U32)、差值计算子单元(U33)、差值判断子单元(U34)以及白色响应值获取子单元(U35)依次串接构成，其中：直方图计算子单元(U31)，统计所述不同颜色分量中各灰度值的像素出现的概率，构成一个概率直方图，并进行平滑滤波，以8位表示的灰度值范围为[0，255]，等价于以双精度表示的亮度值范围为[0，1]，高光的亮度值范围在[0.9，1]内，局部极大点查找子单元(U32)，分别查找所述不同颜色分量的概率直方图中概率值局部极大点，步骤如下：在所述亮度值范围内查找所述概率值局部极大点，若存在，则将最亮的局部极大点作为初始点，若不存在，则选取所述亮度值范围[0.9，1]的下限值0.9作为初始点，差值计算子单元(U33)，输入来自所述局部极大点查找子单元(U32)的标有所述初始点的概率直方图，从所述初始点开始，向灰度值递减的方向扫描每个灰度值l，并计算相邻两个灰度值所对应的概率值之差p_c(l-1)-p_c(l)，p_c表示概率值，差值判断子单元(U34)，用于判断相邻两个灰度值对应的概率值之差，步骤如下：按下式判断p_c(l-1)-p_c(l)>ε，ε为预设的阈值，取ε=κ×10^-4，κ为[0，1]范围内的常数，若p_c(l-1)-p_c(l)>ε成立，则将当前灰度值p_c(l)发送至所述白色响应值获取子单元(U35)，若p_c(l-1)-p_c(l)>ε不成立，则返回差值计算子单元(U33)，白色响应值获取子单元(U35)，将从所述差值判断子单元(U34)输入的所述当前灰度值作为所对应的R、G、B三个颜色分量中估计的白色响应值W_c，c={R，G，B}，将不大于所述白色响应值的像素集合称为像素有效集A={x|f_c(x)≤W_c，c={R，G，B}}，其中的像素称为有效像素，对应的像素值称为有效像素值；光照估计单元(U4)，包括：参数调节子单元(U41)、参数判断子单元(U42)、第一和值计算子单元(U43)、第二和值计算子单元(U44)、比值计算子单元(U45)和光照值获取子单元(U46)，其中：参数调节子单元(U41)，所述参数指改进的灰色调算法中的闵可夫斯基范数L_c(p)的阶数p，通过参数值调节旋钮改变p值，参数判断子单元(U42)，判断从所述参数调节子单元(U41)输入的闵可夫斯基范数L_c(p)的阶数p是否大于设定的阈值10：若p>10，则采用所述白色响应估计值获取子单元(U35)得到的所述白色响应估计值W_c，c∈{R，G，B}作为当前帧的光照值，若p≤10，则将不同颜色分量的所述像素有效集A中的各有效像素值分别送入所述第一和值计算子单元(U43)和第二和值计算子单元(U44)，第一和值计算子单元(U43)，将所述参数判断子单元(U42)在p≤10条件下送来的各有效像素值自乘p次方后再求和，将计算结果输入所述比值计算子单元(U45)，第二和值计算子单元(U44)，将所述参数判断子单元(U42)在p≤10条件下送来的各有效像素值求和，把计算结果输入所述比值计算子单元(U45)，比值计算子单元(U45)，计算所述第一和值和第二和值的比值的p次根，作为当前帧的光照值：$L_c^A\left(p\right)={\left(\frac{{\int }_{x\in A}{f}_c^p\left(x\right)\mathrm{dx}}{{\int }_{x\in A}\mathrm{dx}}\right)}^{\frac{1}{p}}={\mathrm{ke}}_c$其中，c={R，G，B}，x表示空间坐标，k表示0（全吸收）和1（全反射）之间的常量，e_c=(e_R，e_G，e_B)^T表示光照的颜色，e_R、e_G、e_B分别表示在R、G、B颜色通道中的值，光照值获取子单元(U46)，从所述白色响应值获取子单元(U35)或所述比值计算子单元(U45)获取所述不同颜色分量的当前帧的光照值；光照值更新单元(U5)，输入所述当前帧及前面K-1个帧的光照值，按下述滑动平均算式计算平均光照值作为所述当前帧的光照更新值：${\bar{e}}_t=\frac{e_{t-K}+···+e_{t-k}+···+e_{t-1}+e_t}{K}$其中，L^A(p)=ke，e_t-k表示对当前帧e_t前第k帧图像估计的光照值，k=1，2，...，K，K=4；校正单元(U6)，从所述光照值更新单元(U5)输入所述不同颜色分量的当前帧的经过滑动平均更新后的光照值利用对应于不同颜色分量的三个不同的增益系数s_R、s_G、s_B，对待处理有效像素图像f_c(x)进行颜色校正，c={R，G，B}，得到白平衡图像，表示为f_c′(x)：$\left(\begin{array}{c}{f_R}^{\prime }\left(x\right)\\ {f_G}^{\prime }\left(x\right)\\ {f_B}^{\prime }\left(x\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{s}_R& 0& 0\\ 0& s_G& 0\\ 0& 0& s_B\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{f}_R\left(x\right)\\ f_G\left(x\right)\\ f_B\left(x\right)\end{array}\right)$其中，s_G=1、经过对角变换后，$W_R^{\prime }=s_R{W}_R,$$W_B^{\prime }=s_B{W}_B,$所述校正单元(U6)对所述输入的非关键帧，利用所述关键帧的光照更新值作为当前帧的光照更新值通过所述三个增益系数s_R、s_G、s_B进行校正。